激光點焊焊點質(zhì)量監(jiān)測與控制研究.pdf

1、激光點焊是一種以激光作為熱源的高效、高精密點焊新方法，有望在不久的將來替代傳統(tǒng)點焊工藝在汽車與航空、航天工業(yè)中推廣應(yīng)用。激光點焊焊點質(zhì)量的影響因素及其監(jiān)測技術(shù)目前還缺少深入的了解，亟待開展詳細(xì)的研究。
　　本文通過工藝試驗研究了各種工藝參數(shù)和材料特性對激光點焊焊點質(zhì)量得影響規(guī)律，準(zhǔn)確提取了與焊點質(zhì)量密切相關(guān)的傳感信號特征信息，建立了激光點焊焊點質(zhì)量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型與點焊過程控制仿真系統(tǒng)，可實現(xiàn)激光點焊焊點質(zhì)量的準(zhǔn)確預(yù)測與不同干擾條

2、件下的控制策略仿真。
　　針對1mm厚低碳鋼、不銹鋼的搭接接頭，試驗研究了激光功率、點焊時間、離焦量和間隙對焊點形態(tài)與尺寸的影響規(guī)律；針對高反射率鋁合金材料激光點焊過程穩(wěn)定性差、氣孔多，下塌嚴(yán)重等問題，研究了多種激光輸出脈沖波形對焊點質(zhì)量的改善作用；根據(jù)焊點斷裂的兩種典型模式及其不同的承載能力，對焊點應(yīng)力分布狀態(tài)進行了深入分析，確定熔合面直徑是決定焊點斷裂方式的關(guān)鍵因素，結(jié)合焊點的力學(xué)性能測試數(shù)據(jù)，計算了不同斷裂方式之間的臨界轉(zhuǎn)變

3、條件。進一步建立了焊點尺寸和形態(tài)預(yù)測模型，對焊點尺寸和形態(tài)隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律進行了分析；
　　利用CCD傳感技術(shù)與紅外測溫技術(shù)，準(zhǔn)確提取了熔池擴展曲線與熔池外圍金屬表面的溫度循環(huán)曲線，對熔池圖像采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)算法進行了對比度增強，從而準(zhǔn)確地提取了熔池表面直徑；對熔池外圍金屬表面的溫度循環(huán)曲線則采用小波理論進行了去噪處理。信號預(yù)處理后獲得的熔池擴展曲線和溫度循環(huán)曲線對點焊工藝參數(shù)和其他一些干擾因素的響應(yīng)均較為靈敏。從曲線中確定熔池

4、直徑總和∑D、最大熔池直徑Dmax、峰值溫度Tmax和冷卻時間tcool為4個與焊點質(zhì)量密切相關(guān)的特征量，回歸理論分析結(jié)果顯示4個特征量綜合后對焊點熔合面直徑的決定系數(shù)達到了89.9％。建立了以4個特征量為輸入，熔合面直徑為輸出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，并采用遺傳算法對網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值進行了優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果表明：優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練步數(shù)下降了40%，預(yù)測相對誤差由原來的7%下降到3%左右，實現(xiàn)了焊點質(zhì)量準(zhǔn)確預(yù)測。
　　分別采用AR